Montgolfière - Définition

Technique de vol

Cette image thermique montre le gonflement d'une montgolfière par de l'air chauffé à l'aide d'un brûleur : l'air chaud s'élève

Les montgolfières exploitent d'une part le principe d'Archimède et d'autre part la caractéristique des gaz d'avoir leur produit (pression x volume) égal à leur produit (constante x température). Ce deuxième principe est décrit par l'équation d'état des gaz parfaits.

La poussée d'Archimède est la force reçue d'un corps plongé dans un gaz égale au poids du volume déplacé de ce gaz.

Sous l'action de la chaleur, l'air se dilate. Sa masse volumique diminue : donc, à pression constante, l'air chaud prend plus de place pour le même poids, ou pèse moins lourd pour le même volume que l'air froid. On peut vérifier ce phénomène, dans une pièce calme, en plaçant un thermomètre au sol et un autre au plafond. On constate ainsi qu'il y a une légère différence de température et que l'air au plafond est plus chaud que l'air au sol.

Le poids de l'ensemble {ballon + air} dépend du poids de l'air contenu dans l'enveloppe. Si l'on diminue la masse volumique de l'air contenu dans l'enveloppe, le poids de l'ensemble diminue et le ballon peut « flotter dans l'air », car le poids va devenir inférieur à la poussée d'Archimède qui est une force constante et dirigée vers le haut (poids de l'air déplacé).

La pression atmosphérique diminuant avec l'altitude (d'environ 1 hPa par 28 pieds au niveau de la mer, soit environ 1 mbar par 8,53 m), la masse de l'air déplacé par le ballon se réduit avec l'élévation du ballon. Le point d'équilibre sera atteint lorsque le poids de la montgolfière sera égal au poids de l'air déplacé. De l'air s'échappe de l'enveloppe du ballon lorsque la pression atmosphérique diminue : le ballon est dit « ouvert » (donc non pressurisé).

Technique

Une montgolfière moderne est constituée de trois éléments principaux : l'enveloppe, le brûleur relié aux réservoirs de carburant et la nacelle.

Intérieur d'un ballon

L'enveloppe

Si les frères Montgolfier avaient conçu leurs premières montgolfières en papier et en tissu (taffetas de soie), aujourd'hui l'enveloppe est constituée d'un tissu (généralement nylon ou polyester) enduit (polyuréthane, silicone...) destiné à le protéger des rayons ultraviolets et réduire le taux de fuite de l'air chaud. Le dessin de l'enveloppe peut être lisse ou lobée. Dans les deux cas, l'enveloppe est constituée de fuseaux qui sont cousus ensemble. La forme des fuseaux change selon le type de ballon désiré.

Le volume peut varier de 250 m³, pour emmener une personne seule dans des conditions climatiques très favorables, à plus de 24 000 m³ pour les plus grandes permettant l'emport de 45 personnes.

La diminution de température par arrêt d'alimentation en air chaud suffit à atterrir quand il y a peu de vent. Les ballons sont également équipés de système permettant de les vider très vite. Il existe trois types de systèmes de dégonflement, deux réversibles et un définitif :

• les systèmes réversibles :
  • la soupape circulaire dans la partie supérieure de l'enveloppe qui est accrochée avant le gonflement grâce à des velcros, le pilote peut l'ouvrir, depuis la nacelle, en l'air pour libérer de l'air chaud en vue de mettre le ballon en descente, la pression interne permet à la soupape de se remettre en place dès que la corde d'ouverture est relâchée ;
  • le dégonflement rapide ; en réalité un dérivé du premier qui permet d'actionner cette même soupape et de la transformer en un cône permettant de libérer l'air beaucoup plus rapidement. La soupape revient en place en actionnant une autre corde. Ce système ne doit être utilisé qu'à l'atterrissage (cas typique : par vent fort pour éviter au ballon de traîner au sol) ;
• le système non réversible : il permet d'ouvrir une grande zone d'évacuation de l'air chaud, à proximité du sommet du ballon (triangle, zone circulaire, rectangulaire, etc.). Comme indiqué, ce système n'est pas réversible et doit être réarmé lorsque l'enveloppe est au sol (lors de la préparation du gonflement). Le pilote l'actionne au moyen d'une corde de commande lors de l'atterrissage.

Chauffage de l'air dans le ballon

Le brûleur

Il est arrimé à la nacelle par 4 canes qui le supportent et il se situe sous la « bouche » de l'enveloppe en délivrant une longue flamme (3 à 6 m). Il peut être simple ou, plus généralement, double. Le double brûleur permet une plus grande réactivité du ballon car le pilote dispose, lorsqu'il peut en avoir besoin, d'une double puissance de chauffe (ascension plus rapide).

Le propane à l'état liquide est contenu dans des bouteilles cylindriques en aluminium (ou acier, plus lourd ; ou encore en titane, plus léger mais très fragile et coûteux), placées dans la nacelle. Il alimente le brûleur à travers des tuyaux en caoutchouc (grâce à la pression du gaz) où il se vaporise dans un serpentin de détente. Le mélange air-propane est enflammé par une veilleuse continue. La longue flamme, juste sous l'ouverture de l'enveloppe, réchauffe l'air contenu dans le ballon, ce qui permet son ascension.

La nacelle

Nacelle de montgolfière

Elle est principalement en osier ou en rotin, avec bien souvent un plancher en contreplaqué. Beaucoup d'autres matériaux ont été utilisés, mais on est toujours revenu à ces matériaux naturels, qui offrent une souplesse indispensable, surtout lors d'atterrissages un peu sportifs. Pour embarquer 3 personnes et les bouteilles, la dimension classique est 1,15 m de hauteur, 1,20 m de longueur sur 1,10 m de largeur.